3.2.1 Tổng quan về kiến trúc DiffServ.
Kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ được coi là bước phát triển tiếp theo của mĩ hình tích hợp dịch vụ IntServ. Một vấn đề lớn nhất cũn tồn tại của IntServ là các nguồn tài nguyên cần phải được duy trì trạng thái thông tin theo từng luồng. Với các mạng cú số lượng dịch vụ và số lượng thiết bị mạng lớn, vấn đề này trở nờn khỉ khả thi đối với các bộ định tuyến lõi cần phải xử lý lưu lượng rất lớn trong mạng. Tiếp cận của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ là không xử lý theo từng luồng lưu lượng riêng biệt mà ghép chúng vào một số lượng hạn chế các lớp lưu lượng. Trong DiffServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng. Mặt khác, DiffServ hướng tới xử lý trong từng vùng dịch vụ phân biệt DS (Differential Service) thay vỡ xử lý từ đầu cuối tới đầu cuối như trong mĩ hình tích hợp dịch vụ IntServ.
DiffServ chỉ cung cấp quan hệ ứng xử phân biệt tới các lớp lưu lượng, vỡ vậy DiffServ khụng cung cấp mức QoS cụ thể. Để đảm bảo một số mức chất lượng dịch vụ QoS cụ thể, DiffServ được hỗ trợ với điều khiển quản lý tại biân vùng DS nhằm phối hợp điều khiển các luồng lưu lượng vào mạng. Chất lượng dịch vụ được cung cấp
bởi mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ theo hướng cung cấp thay vỡ theo hướng dành trước tài nguyên.
Thuật ngữ “DiffServ” mĩ tả tổng thể cách ứng xử của lưu lượng ứng dụng trong mạng cung cấp dịch vụ, nỉ định nghĩa dịch vụ mà người sử dụng mong nhận được từ phía nhà cung cấp dịch vụ. Dịch vụ DiffServ được định nghĩa trong các thoả thuận mức dịch vụ SLA của người sử dụng với nhà cung cấp dịch vụ DiffServ.
DiffServ định nghĩa một số tham số mà người sử dụng hiểu rị cho ứng dụng của họ trong SLA như: Thoả thuận về điều kiện lưu lượng TCA (Traffic Conditioning Agreement), hồ sơ lưu lượng (các tham số của gáo rì token), các tham số hiệu năng (độ thĩng qua, độ trễ, mức tổn thất gói), cách thức xử lý các gói tin khơng phù hợp với thoả thuận, luật đánh dấu và chia cắt lưu lượng.
Hình 3.8: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ
Hình 3.8 trờn đõy chỉ ra các bước cơ bản liân quan tới vấn đề cung cấp các dịch vụ DiffServ. Các gói tin đến bộ định tuyến cú thể đã được đánh dấu hoặc chưa đánh dấu, bộ định tuyến xác định điểm mó điều khiển dịch vụ DSCP của gói tin và phân loại các gói tin theo phương pháp phân loại hành vi kết hợp BA. Các gói tin phân loại thành các lớp BA được chuyển tiếp theo hành vi từng bước PHB (Per Hop Behavior) được định nghĩa trước cho các BA. Mỗi PHB được thể hiện bởi giỏ trị DSCP và xử lý giống nhau đối với các gói tin trong cùng lớp BA. Các yêu cầu chung của QoS đã được chỉ ra trong chương 2 của tài liệu này gồm chính sách lưu lượng, chia cắt lưu lượng, loại bỏ gói, hàng đợi tích cực và lập lịch gói được áp dụng tại bước này của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ.
Kiến trúc DiffServ hướng tới đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS bằng cách kết hợp trạng thái phân loại lưu lượng theo tính chất lưu lượng được phân biệt qua các gói đánh dấu. Các gói được đánh dấu và nhận dạng để nhận được một ứng xử chuyển tiếp ở từng bước cụ thể trên các nút dọc theo đường truyền của chúng.
Hình 3.9: Xử lý gói trong mô hình DiffServ
Kiến trúc xử lý gói theo DiffServ gồm một số các yếu tố chức năng được thực hiện trong các nút mạng và bổ sung các phép ứng xử chuyển tiếp trên từng luồng cùng với các chức năng xử lý lưu lượng như: Chức năng phân loại gói, đánh dấu, định dạng và hoạch định chính sách. Kiến trúc này cho phép mở rộng mạng do thực hiện các chức năng phân lớp và điều khiển phức tạp ở các nút biên mạng
Sự cung cấp dịch vụ và chính sách qui định lưu lượng được tách riêng ra từ các cách ứng xử chuyển tiếp trong phạm vi nội mạng để cho phép thực hiện biến đổi rộng rãi các phép ứng xử.
3.2.2 Miền phân biệt dịch vụ DS và điểm mó phân biệt dịch vụ DSCP
Một miền DS gồm các bộ định tuyến hỗ trợ cơ chế phân biệt dịch vụ, cũn gọi là các nút DS hoạt động với một chính sách cung cấp dịch vụ chung và thiết lập các nhóm PHB được thực hiện trên mỗi nút. Một miền DS có biên gồm các nút biên DS và các nút lõi trong miền. Các nút biân DS phân loại và điều khiển lưu lượng đầu vào để đảm bảo rằng các gói đi qua miền được đánh dấu thích hợp để lựa chọn một PHB từ một nhóm các PHB được hỗ trợ trong phạm vi miền. Các nút trong miền DS lựa chọn ứng xử chuyển tiếp cho các gói dựa trên điểm mã dịch vụ DSCP của chúng, sắp xếp vào một trong các PHB theo yêu cầu. Một miền DS thĩng thường gồm một hay nhiều mạng dưới cùng một chính sách quản trị. Việc quản trị một miền phải đảm bảo tin cậy để đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên tương xứng được cung cấp và (hoặc) được dự trữ để hỗ trợ các SLA yêu cầu.
Một vùng DS là một tập hợp một hay vài miền DS kế tiếp nhau. Các vùng DS có khả năng hỗ trợ các miền DS dọc theo đường dẫn nối các miền trong vùng. Các miền DS trong vùng DS có thể hỗ trợ nội bộ trong các nhóm PHB khác nhau và các điểm mã khác nhau để sắp xếp PHB. Tuy nhiên, để cho phép các dịch vụ nối ngang qua miền, các miền DS ngang hàng phải thiết lập mỗi miền một SLA ngang hàng chứa thoả thuận lưu lượng TCA phù hợp. Một vài miền DS trong một vùng DS có thể kế thừa một chính sách cung cấp dịch vụ chung và có thể hỗ trợ tập hợp chung các nhóm PHB và các cách sắp xếp điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP, vì vậy cú thể loại bỏ qui định lưu lượng giữa các miền DS đó.
DiffServ sử dụng trường kiểu dịch vụ ToS trong tiâu đề IPv4 (mục 1.13) và trường phân lớp lưu lượng TC (Traffic Class) trong tiâu đề IPv6 để đánh dấu gói. Đối với các bộ định tuyến hoạt động trong miền DS các trường chức năng này được thay bằng trường chức năng dịch vụ phân biệt DS. Trong 8 bit của trường DS, 6 bit được sử dụng cho điểm mó dịch vụ phân biệt DSCP và 2 bit dự phòng. Hình 3.11 dưới đõy chỉ ra cấu trúc của trường DS.
Hình 3.11: Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS
Các điểm mó phân biệt dịch vụ DSCP được phân thành 3 khối được gọi là các pool. Bảng 3.3 dưới đõy chỉ ra các khối của DSCP.
Pool Điểm mó DSCP Ứng dụng 1 2 3 XXXXX0 XXXX11 XXXX01 Tiâu chuẩn Thử nghiệm/nội bộ Thử nghiệm/nội bộ
Bảng 3.3: Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP
Pool 1 gồm các điểm mó DSCP sử dụng cho toàn cầu, pool 2 và pool 3 sử dụng cho mục đích thử nghiệm và nội bộ miền DS riêng. Như vậy, số phân lớp dịch vụ của pool 1 cú thể lờn tới 32 và số lớp dịch vụ tối đa của pool2 và pool 3 là 16. Để hỗ trợ cho các bộ định tuyến truyền thống sử dụng các phân lớp của trường ToS trong IPv4. 8 điểm mó DSCP được sử dụng nờn DSCP cú dạng (XXX000). Dịch vụ nỗ lực tối đa cú điểm mó phân biệt dịch vụ DSCP là (000000).
Qui tắc ứng xử theo từng chặng là sự mô tả bề ngoài của ứng xử chuyển tiếp của một nút DS được áp dụng cho một sự tập ứng xử DS cụ thể. Ứng xử chuyển tiếp mục tiâu giới thiệu trong mục này nhằm sáng tỏ phương pháp xử lý gói trong mô hình DiffServ. Để tạo ra các hành vi chuyển tiếp gói được định nghĩa theo quy tắc ứng xử từng chặng PHB, các cơ cấu kỹ thuật đảm bảo QoS như AQM và lập lịch gói đã được trình bày trong chương 2 được ứng dụng. Một PHB cú thể không cần phụ thuộc vào nguyân tắc chung mà cú thể được phát triển trờn các kỹ thuật riêng của nhà cung cấp thiết bị.
Nhóm làm việc về DiffServ của IETF định nghĩa hai loại PHB trong RFC 2598 [6], RFC 3246 và RFC 2597 [6]: Chuyển tiếp nhanh EF (Expedited Forwarding) và Chuyển tiếp đảm bảo AF (Assured Forwarding).
(i) Chuyển tiếp nhanh EF PHB
Về cơ bản, EF PHB đảm bảo tính năng về mặt tốc độ hơn là độ tin cậy. Nó được yêu cầu đưa ra các dịch vụ với khả năng tổn hao thấp, trễ thấp, rung pha thấp và đảm bảo băng thông. Vì rung pha và trễ gây nân bởi thời gian mà gói sử dụng ở trong bộ nhớ đệm và hàng đợi, một bộ định tuyến EF phải đảm bảo rằng lưu lượng EF được đưa đến những bộ nhớ đệm nhỏ. Tốc độ đầu ra của bộ định tuyến này phải bằng (hoặc cao hơn đầu vào). Khi xảy ra hiện tượng quá tải, nút biên miền DS không cho phép lưu lượng dạng này đi vào trong miền vì nỉ sẽ là nguyân nhõn gõy tắc nghẽn tại các bộ định tuyến trong miền DS. Vấn đề này được điều chỉnh bởi xác định mức dịch vụ SLA và xác định lưu lượng truyền cú điều kiện.
Hình 3.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB
Chuyển tiếp EF PHB khả thi nếu băng thĩng đầu ra và kích thước bộ nhớ đệm đủ để các luồng lưu lượng ra với tốc độ phục vụ µ. Tốc độ phục vụ µ luơn lớn hơn tốc độ đầu vào λ tại các bộ đệm EF. Các luồng không phải là EF ở đõy là các luồng dịch vụ nỗ lực tối đa. Với kỹ thuật lập lịch ưu tiân như đã chỉ ra trong chương 3, chuyển tiếp EF đảm bảo được tính ưu tiân cho các luồng lưu lượng theo yêu cầu.
để phân loại các lưu lượng chuyển tiếp EF.
(ii) Chuyển tiếp đảm bảo AF PHB
Đặc điểm của AF PHB là phân phối dữ liệu đảm bảo với khả năng mất gói thấp. Đó là điều kiện tốt nhất khi sử dụng các giao thức không thực hiện xử lý sửa lỗi hoặc không cú giải pháp truyền lại gói.
AF PHB bao gồm 4 lớp chuyển tiếp và mỗi lớp chuyển tiếp có 3 mức ưu tiên loại bỏ gói tin, mỗi lớp được gán một băng thông và khoảng nhớ đệm xác định. Lớp A có thể có bộ nhớ đệm lớn hơn nhưng băng thông nhỏ và lớp D có thể có bộ nhớ đệm nhỏ nhưng băng thông lớn hơn. Nếu một gói phải bị loại bỏ, bộ định tuyến có cách nhận biết gói nào bị loại bỏ đầu tiên. Ngoài ra, mỗi lớp chuyển tiếp được phân bổ một số lượng cực nhỏ băng thông và bộ nhớ đệm. Nếu bộ nhớ đệm đầy, thì quá trình loại bỏ gói sẽ bắt đầu theo trật tự loại bỏ theo mức ưu tiên. Các phân loại AF được thể hiện trờn hình 3.13 và trờn bảng 3.4.
Hình 3.13: Các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB
Lớp PHB Phân lớp Dự đoán mất gói DSCP AF4 AF3 AF2 AF1 AF41 AF42 AF43 AF31 AF32 AF33 AF21 AF22 AF23 AF11 AF12 AF13 Thấp Trung bình Cao Thấp Trung bình Cao Thấp Trung bình Cao Thấp Trung bình Cao 100010 100100 100110 011010 011100 100010 010010 010100 010110 001010 001100 001110
Bảng 3.4: Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB (iii) PHB và thoả thuận lớp lưu lượng
Các PHB được xác định theo các giới hạn về tài nguyên của chúng (vớ dụ: bộ đệm, băng thông) có quan hệ ưu tiên với các PHB khác, hay trong các giới hạn về đặc điểm lưu lượng tường minh (trễ, tổn thất). Các PHB này có thể được dựng như là các khối làm sẵn để cấp phát các tài nguyên và nên được định rõ như một nhóm PHB chắc chắn. Các nhóm PHB thường chia sẻ áp dụng ràng buộc chung cho mỗi PHB trong phạm vi nhóm, như chính sách lập lịch gói hay quản lý bộ đệm. Quan hệ giữa các PHB trong nhóm có thể ở dưới dạng ưu tiên tuyệt đối hay tương đối. Một PHB đơn là trường hợp đặc biệt của nhóm PHB.
PHB được thực hiện trong các nút theo một số cơ cấu quản lý bộ đệm hoặc lập lịch gói. Các nhóm PHB cần được hiểu như sự cấp phát tài nguyên thích hợp giữa các nhóm, và các cơ cấu tích hợp có thể được thực hiện hỗ trợ 2 hay nhiều nhóm. Một định nghĩa nhóm PHB nên xác định rõ khả năng xung đột với các nhóm PHB trước, mà có thể ngăn cản sự hoạt động đồng thời. Một PHB được chọn tại một nút nhờ sắp xếp điểm mã DS trong gói nhận được. Các PHB tiêu chuẩn có một điểm mã được chỉ định. Tuy nhiên, với các PHB chuẩn toàn bộ không gian các điểm mã lớn hơn không gian khả dụng cho các điểm mã được đề nghị, và do đó loại bỏ sự cung cấp cho những sắp xếp cấu hình nội bộ. Một bảng sắp xếp điểm mã cho PHB có thể bao gồm cả sự sắp xếp 11 và N 1. Tất cả các điểm mã phải được sắp xếp theo một số PHB; khi thiếu một vài chính sách cục bộ, các điểm mã không được sắp xếp theo PHB chuẩn phù hợp với các chi tiết của PHB đó nên được sắp xếp theo PHB mặc định .
Thực hiện, cấu hình, vận hành và quản lý các nhóm PHB được hỗ trợ trong các nút của miền DS nên được phân một cách hiệu quả tài nguyên của các nút này và các liên kết nội vùng giữa các tập ứng xử, phù hợp với chính sách cung cấp dịch vụ của miền. Các thành phần qui định lưu lượng có thể tăng mức điều khiển sử dụng các tài nguyên này qua sự ép buộc của các TCA và có thể qua hoạt động phản hồi từ các nút và các thành phần qui định lưu lượng trong miền. Mặc dù các dịch vụ có thể được triển khai khi thiếu các chức năng qui định lưu lượng phức tạp, các chức năng như là định chính sách, định dạng, và đánh dấu lại động cho phép triển khai các hệ đo lượng thi hành việc cung cấp các dịch vụ. Cấu hình và ảnh hưởng giữa các thành phần qui định lưu lượng và các nút nội vùng nên được quản lý bằng điều khiển quản trị của miền và có thể yêu cầu điều khiển vận hành qua các giao thức và một thực thể điều khiển.